活性炭在微波协同氧化活性红X-3B中的应用及改性研究

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针对我国目前染料废水的特点以及研究现状中存在的问题,本文探讨了微波协同活性炭氧化染料废水的可行性。微波协同活性炭氧化工艺具有反应速度快、占地面积小、设备简单、操作方便等特点,在染料废水处理领域有着广阔的应用前景。本文围绕微波协同活性炭氧化工艺中活性炭使用成本高这一特点,对活性炭进行了优选,制备了一种高效经济的负载型改性活性炭,并以活性红X-3B模拟废水为处理对象,优化了微波协同活性炭氧化活性红X-3B工艺以及微波协同改性活性炭氧化活性红X-3B工艺;研究了活性红X-3B在微波协同活性炭氧化工艺中的动力学以及作用机制;分析了活性炭和改性活性炭在使用中的失活原因;并利用微波辐射再生的方法对失活改性活性炭进行了再生,取得了理想的效果。首先,本文对活性炭进行了价格、吸附性能、性价比等方面的优选,选择了蜂窝状煤质活性炭用于微波协同活性炭氧化活性红X-3B工艺的研究。对于100ml初始浓度为100mg/L的活性红X-3B,在微波辐照功率700W,辐照时间3min,pH值为1.8,活性炭投加量为50g/L的工艺条件下,活性红X-3B的色度去除率达到98.2%,TOC去除率为92.4%。同时研究了微波协同活性炭氧化、水浴条件下活性炭吸附、活性炭单独吸附三种工艺中的反应动力学。结果表明,三种处理工艺条件下,反应均为一级反应,并且微波辐照与活性炭的联用能大幅度提高活性炭降解活性红X-3B的反应速率。通过对微波与活性炭之间的协同作用、H+效应、“微波热点”降解机理等方面的探讨,可以得出,微波协同活性炭氧化活性红X-3B并不是活性炭单独吸附与微波单独辐照氧化活性红X-3B结果的简单叠加,而是一种很复杂的协同作用。H+的存在,虽然不能诱导羟基自由基的生成和促进“微波热点”的产生,但却能很大幅度的促进活性炭的吸附。其次,本文以蜂窝状活性炭为载体,采用超声浸渍法制备了负载型改性活性炭用于微波协同改性活性炭氧化活性红X-3B工艺的研究,对于100ml初始浓度为100mg/L的活性红X-3B,在微波辐照功率560W,辐照时间1.5min,pH值为1.8,改性活性炭投加量为30g/L的工艺条件下,活性红X-3B的色度去除率可达到99%。与微波协同活性炭氧化工艺相比,该工艺的反应动力学符合二级反应,并且在相同去除率的条件下,活性炭投加量以及微波辐照时间都有显著减少。最后,本文还针对活性红X-3B处理过程中出现的活性炭失活以及再生问题进行了研究。通过对失活活性炭的BET、SEM表征,结果表明,活性炭失活的主要原因是:活性炭的吸附孔径被沉积物堵塞;而改性活性炭失活的主要原因:除了活性组分的流失外,还有沉积物堆积在了改性活性炭表面,掩盖了改性活性炭的活性中心。微波辐射法是一种再生时间短、操作简单、安全性高的再生方法,其最优条件是:微波功率420W,辐照时间1min,SiC与活性炭质量比值2:1,在此条件下,再生的改性活性炭仍具有良好的染料废水处理效果以及使用寿命。本文对活性炭进行了优选以及改性,力求寻找一种高效经济、使用寿命长的活性炭,并将其与微波技术联用,为该工艺在以后的实际染料废水处理提供了一种理论参考。
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